CN104926262A - 用于复合材料的无机粘结材料体系 - Google Patents

用于复合材料的无机粘结材料体系 Download PDF

Info

Publication number
CN104926262A
CN104926262A CN201510086514.8A CN201510086514A CN104926262A CN 104926262 A CN104926262 A CN 104926262A CN 201510086514 A CN201510086514 A CN 201510086514A CN 104926262 A CN104926262 A CN 104926262A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
matrix material
material system
binding agent
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510086514.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104926262B (zh
Inventor
M·莱斯特
K·里珀尔德
D·马苏拉特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chemische Fabrik Budenhiem KG
Original Assignee
Chemische Fabrik Budenhiem KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chemische Fabrik Budenhiem KG filed Critical Chemische Fabrik Budenhiem KG
Publication of CN104926262A publication Critical patent/CN104926262A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104926262B publication Critical patent/CN104926262B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26—Silicates of the alkali metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • C09D1/02—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances alkali metal silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/10—Accelerators; Activators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00482—Coating or impregnation materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/27—Water resistance, i.e. waterproof or water-repellent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Abstract

为了提供能使产品具有高耐水性和高耐候化性的高度反应性的粘结材料体系，提出了这样一种粘结材料体系，其至少90重量％由具有以下组成的粘结材料基质构成：18-40重量％硬化剂组分A，由至少一种通式为wMIIO·xMIII 2O3·yB2O3·zH2O的硼酸盐构成，其中MII＝Mg、Ca、Sr、Zn或Cu且0.5≤w≤4，MIII＝Al、Fe或Cr且0≤x≤0.5，1.5≤y≤3.5，0.66≤Σw/y≤1.34，0≤Σx/y≤0.25且0≤z≤7.055-78重量％粘结剂组分B，由至少一种通式为R2O·xSiO2的碱金属硅酸盐构成，其中R＝Na或K且2.0≤x≤3.35以及1-10重量％加速剂组分C，由正-、二-或三-磷酸的金属盐构成，选自第3、第4和第5周期的非碱金属的完全脱质子化的正-和二-磷酸盐以及三磷酸二氢铝盐或其混合物。

Description

用于复合材料的无机粘结材料体系
发明领域
本发明涉及具有金属硼酸盐作为硬化剂组分和碱金属硅酸盐作为粘结剂组分的无机粘结材料体系，以及使用本发明的粘结材料体系生产粘结剂或复合材料的方法。
技术背景
粘结剂主要用于将细分的固体粘结在一起。通过这种方式粘结的固体可以是填料或功能性物质。所述填料主要用于增加物质混合物的体积而不改变该物质混合物的基本性质，所述功能性物质主要用于赋予物质混合物特定性质。
粘结材料体系的典型操作模式是基于粘结剂组分(粘结剂)与硬化剂组分(硬化剂)的反应，形成其中粘结有固体的或多或少能快速固结或硬化的粘结剂。
粘结材料体系是指具有至少一种粘结剂和至少一种硬化剂的多组分体系或组合，该体系或组合能互相反应形成粘结剂。最后，术语“粘结剂”表示从粘结剂与硬化剂的反应得到的物质或材料。
粘结剂与其中粘结的填料的组合被称为复合物。这种复合物可作为具有所需形状的三维成形体形成，并固化成这种形式。但是，也可将粘结剂与其中粘结的固体的组合施涂于基板，从而在固化之后在该基板上形成与之牢固结合的涂层。
现有技术中已知：无机粘结材料体系是基于可溶性或溶解的硅酸盐形式的粘结剂与合适硬化剂反应的。对于灰浆和水泥，通常使用单组分粘结剂，其中将粉末状硅酸盐形式的粘结剂与类似粉末状的硬化剂以及类似粉末状的填料或功能性物质混合。
在双组分体系的情况中，通常以溶解于水中的硅酸盐(水玻璃)形式将粘结剂加入硬化剂与待粘结的填料或功能性物质的混合物中，并混合。硬化剂可以是液体也可以是固体。同样可以将水玻璃加入待粘结的填料或功能性物质中，然后用二氧化碳(CO2)气体处理该体系。
文献中所述的常用硅酸盐硬化剂是二氧化碳、氟硅酸盐、碳酸酯、乙交酯、和各种金属磷酸盐。尤其是在文献中，长期以来已知通式为[Al(PO3)3]n的聚合磷酸铝是用于碱金属硅酸盐的硬化剂。
在DE 2 443 717 A1中，参考两份之前的日本专利说明书，报告了使用金属硼酸盐和硼酸来固化用于无机涂层的水溶性硅酸盐。但是，该之前所述的硬化剂的缺陷在于，所生产的粘结剂的耐水性和耐化学品性能不足。
因此，在DE 2 4432 717 A1中，建议使用在300-1500℃煅烧的由以下组分组成的混合物来代替之前所述的硬化剂：来自元素周期表第II-VIII主族的硼酸盐、硼酸、氧化硼，和金属磷酸盐、硅酸盐、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐。但是，使用这些硬化剂的粘结材料体系具有以下缺点：煅烧使得反应性剧烈降低，以至于所得材料的适用期事实上只能采用手动加工。尤其是对于高速工业工艺，例如生产成形体，适用期过长。
DE 2 433 717 A1中要求权利的体系的缺点还有，硼酸盐的生产很费力而且耗能多，因为所列出的大部分硼酸盐无法商购，生产必需使用的原料不容易获取。而且，必需的煅烧温度通常为1000℃或甚至更高，或者，在较低温度进行了热处理的混合物需要长达5小时的非常长的必需驻留时间。这是非常不经济的，导致硬化剂的生产成本很高。要求权利的硬化剂/粘结剂质量比范围为大于1，这也使得这种粘结材料体系非常昂贵，因此是不经济的。
在EP 1 205 439 A1中描述了使用通式为2ZnO·mB2O3·xH2O的硼酸锌作为用于水玻璃的硬化剂，在这种通式中，m可以是2.8-3.2范围内的数字，x不大于4。水含量x小于4的硼酸锌的反应性比较差。这是不利的，因为低反应性导致硬化时间太长，尤其是对于高速工业工艺，例如生产成形体。
在DE 3043856中描述了一种用于耐火工段的基于硅酸盐的粘结剂制剂。这种制剂包含5-60％的碱金属硅酸盐，5-50％的二价或三价金属的酸式磷酸盐，5-50％的硼酸盐、氧化硼或硼酸，1-70％的硅酸，0.1-80％的反应性氧化铝，以及1-5％的可离子交换的硅酸铝。该粘结剂首先通过凝胶形成方式反应，然后转化成溶胶并形成结合。由于这种反应路径以及总体组合物可适当地用于耐火工段中，该粘结剂的反应性比较低，因此固结时间过长，尤其是对于高速工业工艺，例如生产成形体。
发明内容
本发明的目的是提供具有高反应性、由此具有短的固结和硬化时间的粘结材料体系，该体系尤其适合用于高速工业工艺，例如生产成形体。同时，该粘结材料体系使得由其获得的复合物具有高的耐水性、耐候化性和疏水性。根据所用填料，该复合物同样可实现高达750℃的耐高温性。
本发明提出了一种具有金属硼酸盐作为硬化剂组分和碱金属硅酸盐作为粘结剂组分的粘结材料体系，其中该粘结材料体系的特点在于，其至少90重量％由具有以下组成的粘结材料基质构成：
18-40重量％ 硬化剂组分A，由至少一种通式为wMIIO·xMIII 2O3·yB2O3·zH2O的硼酸盐构成，其中
MII＝Mg、Ca、Sr、Zn或Cu且0.5≤w≤4，
MIII＝Al、Fe或Cr且0≤x≤0.5，
1.5≤y≤3.5，
0.33≤Σw/y≤1.34，
0≤Σx/y≤0.25且
0≤z≤7.0
55-75重量％ 粘结剂组分B，由至少一种通式为R2O·xSiO2的碱金属硅酸盐构成，其中
R＝Na或K且
2.0≤x≤3.35以及
1-10重量％ 加速剂组分C，由正-、二-或三-磷酸的金属盐构成，选自第3、第4和第5周期的非碱金属的完全脱质子化的正-和二-磷酸盐以及三磷酸二氢铝盐或其混合物。
具有上述组成的粘结材料体系特别适合于生产复合材料以及由多种基板制成的成形体。因此，能将无机材料(例如矿物、玻璃或金属)和有机材料(例如塑料或可再生原料或再循环材料)结合。该粘结剂特别适合于生产复合材料以及由开孔或闭孔膨胀材料(例如膨胀粘土、珍珠岩、泡沫玻璃)制成的成形体。
固化的粘结剂不含有机成分，不可燃烧，耐水和耐候化，并且具有耐紫外性和紫外阻挡性。而且，还可以通过加入合适的染料和颜料将其调节成红外吸收性或反射性。用本发明的粘结剂涂覆的产品以及由其生产的复合材料可用于多种室内和户外方式。
本发明的硬化剂是基于具有上述硬化剂组分A的摩尔通式的反应性金属硼酸盐。根据本发明，硬化剂组分A由至少一种所述通式的硼酸盐构成。因此，硬化剂组分A可以由唯一一种所述通式的具体硼酸盐构成，也可以由两种或更多种所述通式的不同硼酸盐构成。关于比例w/y或x/y的求和符号，在这种上下文中应理解为，若硬化剂组分A中包含若干种具有所述通式的不同金属硼酸盐，则该比例对应于w、x或y的总和。
在一些具体实施方式中，对于通式为wMIIO·xMIII 2O3·yB2O3·zH2O的至少一种硼酸盐，x＝0且MII＝Mg、Ca或Zn。
本发明另一些具体实施方式的特征在于，0.33≤Σw/y≤1.34。
在一些具体实施方式中，对于硼酸盐的含水状态，0≤z≤5.0。
在一些具体实施方式中，对于至少一种具有通式wMIIO·xMIII 2O3·yB2O3·zH2O的硼酸盐，
MII＝Mg、Ca、Sr、Zn且0.5≤w≤3，
MIII＝Al、Fe或Cr且0≤x≤0.5，
1.5≤y≤3.0，
0.33≤Σw/y≤1.34，
0≤Σx/y≤0.25且
3≤z≤7.0
本发明使用的金属硼酸盐可直接商购，或可通过使合适的金属氧化物或盐与水性硼酸盐或硼酸溶液反应而比较容易地生产。可在例如DD 220 950和EP 1 205439中找到合适的生产指导。
一般来说，根据本发明，粘结材料基质中硬化剂的比例在18-40重量％范围内。在一些具体实施方式中，粘结材料基质中硬化剂组分A的比例在最多38重量％、最多37重量％、最多34重量％或甚至仅最多32重量％的上述范围内。在一些具体实施方式中，粘结材料基质中硬化剂组分A的比例在至少24重量％、至少26重量％或甚至至少28重量％的上述范围内。在一些具体实施方式中，粘结材料基质中硬化剂的比例在20-35重量％的范围内，在22-32重量％的范围内，在24-37重量％的范围内，在26-34重量％的范围内，或在28-32重量％的范围内。
本发明的粘结剂是基于具有上述粘结剂组分B的摩尔通式的碱金属硅酸盐。这些碱金属硅酸盐是几乎完全水溶性的。在这里，几乎完全水溶性的碱金属硅酸盐是指，在20℃通过搅拌能以至少99.5重量％溶解于水中(即，在20℃，不溶于水中的残余物最多为0.5重量％)。本发明使用的碱金属硅酸盐具有2.0-3.35范围内的SiO2/R2O摩尔模数(R＝Na、K)。模数较低时，对于粘结剂的完全均匀彻底硬化而言反应性太高，由于相关的高R2O比例，该结合无法获得足够的防水性。另一方面，当碱金属硅酸盐具有较高的模数时，则反应性不足以使本发明的硬化剂组分以所需速度和所需固结品质固化。
在本发明一些具体实施方式中，粘结剂组分B的碱金属硅酸盐具有8-22重量％范围内的800℃灼烧损失(热处理2小时之后)。这几乎1：1对应于8-22重量％的含水量。这种范围带来的优点是，当含水量低于8重量％时，碱金属硅酸盐的溶解度和溶解速率不是最佳的。含水量大于22重量％时会导致粘结剂具有较低的储存稳定性和耐久性，这时，处于特定情况下的硬化剂和粘结剂可能已经互相反应而不需要再加水。
一般来说，根据本发明，粘结材料基质中粘结剂组分B的比例在55-80重量％范围内。在一些具体实施方式中，粘结材料基质中粘结剂组分B的比例在大于60重量％或甚至大于70重量％的之前所述的范围内。在一些具体实施方式中，粘结材料基质中粘结剂组分B的比例在最多78重量％或仅最多75重量％的之前所述的范围内。在一些非常具体的实施方式中，粘结材料基质中粘结剂组分B的比例在62-70重量％范围内或在65-68重量％范围内。
根据本发明，粘结材料基质包含1-10重量％比例的加速剂组分C，其由正-、二-或三磷酸的金属盐组成，选自元素周期表第3、第4和第5周期的非碱金属的完全脱质子化的正-和二磷酸盐以及三磷酸二氢铝或其混合物。
在本发明的一些具体实施方式中，加速剂组分C由正-、二-或三磷酸的金属盐组成，其选自元素周期表第3、第4和第5周期的副族金属的完全脱质子化的正-和二磷酸盐以及三磷酸二氢铝或其混合物。在一些具体实施方式中，这些副族金属选自元素周期表的第4和第5周期。
在本发明的一些具体实施方式中，加速剂组分C优选包含至少一种通式为wMIIO·xMIII 2O3·yP2O5·zH2O的磷酸盐，其中
MII＝Zn且0≤w≤3，
MIII＝Al或Fe且0≤x≤2，
1≤y≤3，
0≤z≤3。
在本发明的一些具体实施方式中，所述加速剂组分C的比例为2-9重量％。在一些实施方式中，加速剂组分C的比例在2-8重量％范围内。在另一些实施方式中，加速剂组分C的比例在2-6重量％范围内。在一些具体实施方式中，加速剂组分C的比例在3-5重量％范围内。在一些实施方式中，优选加速剂组分C的比例小于5重量％。
通过用基于磷酸盐的加速剂组分C来补充基于硼酸盐的硬化剂组分A，可优化调节固结速度、以及耐水性和耐候化性并互相匹配。因此能快速实现足够高的粘结剂材料强度，这对于高速工业工艺特别重要，例如生产成形体，但不至于使它们太快地彻底硬化，这会对耐水性和耐候化性产生负面影响。
在加速剂组分C包含正磷酸的金属盐的一些实施方式中，该正磷酸金属盐优选自由选自第4和第5周期的副族金属的完全脱质子化的正磷酸盐。这些三元金属正磷酸盐包括例如正磷酸锌(Zn3(PO4)2)、正磷酸锆(Zr3(PO4)4)或正磷酸钴(Co3(PO4)2)。本发明的三元金属正磷酸盐可单独或一起混合或与根据本发明用作加速剂组分C的其他物质混合来使用。
在加速剂组分C包含二磷酸(焦磷酸)的金属盐的一些实施方式中，该二磷酸金属盐可自由选自第3、第4和第5周期的非碱金属的完全脱质子化的二磷酸盐。这些金属二磷酸盐包括例如二磷酸铁(III)(Fe4(P2O7)3)和二磷酸锌(Zn2P2O7)。本发明的金属二磷酸盐可单独或一起混合或与本发明用作加速剂组分C的其他物质混合来使用。
所用三磷酸二氢铝(AlH2P3O10)是三个正磷酸盐单元的一种线形缩合物，其具有叠氮化物性质。
加速剂组分C中的正-、二-或三磷酸盐可作为无水合物或作为水合物存在。作为加速剂物质，本发明涵盖例如不仅正磷酸锌的无水合物(Zn3(PO4)2)而且正磷酸锌二水合物(Zn3(PO4)2·2H2O)，以及三磷酸二氢铝的无水合物(AlH2P3O10)，以及三磷酸二氢铝二水合物(AlH2P3O10·2H2O)。
要提供粉末形式的粘结材料体系，在各情况下硬化剂组分A、粘结剂组分B和加速剂组分C都方便地以粉末形式存在。硬化剂组分A、粘结剂组分B和加速剂组分C可作为容纳在独立容器中的粘结材料体系组分的完全组的各组分存在，或者可作为容纳在独立容器中的粘结材料体系的试剂盒的各部分存在，或者可作为与其他组分的部分或完全预制混合物存在。在一些具体实施方式中，硬化剂组分A和加速剂组分C以混合物存在。在另一些实施方式中，硬化剂组分A、粘结剂组分B和加速剂组分C作为粉末形式的完全预制混合物存在。
为了保证特别好的反应性和特别快的固结，在一些具体实施方式中，硬化剂组分A、粘结剂组分B和/或加速剂组分C的最大粒度为最多500微米，在另一些实施方式中为最多200微米，在另一些实施方式中为最多100微米。在一些实施方式中，硬化剂组分A、粘结剂组分B和/或加速剂组分C以细分形式使用，最大粒度为10微米，从而增加反应性、加快固结、并改善可喷性。
在本发明的一些具体实施方式中，粘结剂组分A作为粒度在10-500微米范围内的粉末状碱金属硅酸盐存在。若粒度更小，则反应性太大，会产生太多粉尘并出于其吸湿性的原因而大大降低粘结剂的耐久性。若粒度更大，则反应性太小，其溶解速率将太小。粒度平均值优选在60-130微米范围内。
在本发明的一些具体实施方式中，硬化剂组分B作为粒度在0.5-80微米范围内的粉末状硼酸盐存在。粒度平均值优选在5-25微米范围内。要增加反应性并由此增大固结速度，在具体的情况中优选例如通过研磨步骤来减小硬化剂组分B的粒度，使得粒度在0.5-20微米范围内。在这些实施方式中，粒度平均值优选在4-8微米范围内。
在本发明的一些具体实施方式中，加速剂组分C作为粒度在0.5-100微米范围内的粉末状磷酸盐存在。粒度平均值优选在5-25微米范围内。要增加反应性和固结速度，在具体的情况中优选例如通过研磨步骤来减小加速剂组分C的粒度，使得粒度在0.5-20微米范围内。在这些实施方式中，粒度平均值优选在4-8微米范围内。
要降低反应性并延迟固结反应，可以用防水但可溶于碱性介质中的涂料来涂覆以粉末形式提供的硬化剂组分A、粘结剂组分B和/或加速剂组分C的粉末。这种涂料是指在20℃和pH最高为7的条件下不溶于水、但在20℃和高于7的pH条件下能在几分钟内溶解的涂料。这些涂料可包含例如聚丙烯酸酯或聚乙酸乙烯酯。若用涂料对以粉末形式提供的硬化剂、粘结剂或加速剂粉末进行了涂覆，则所述的对应硬化剂组分A、粘结剂组分B和/或加速剂组分C的比例应包括涂覆材料。
通过上述粘结材料基质的组成实现了本发明的粘结材料体系的优点。为此，粘结材料体系的至少90重量％由这种粘结材料基质构成。在一些具体实施方式中，粘结材料体系的至少95重量％、至少98重量％、至少99重量％或甚至100重量％由这种粘结材料基质构成。
在粘结材料体系并非100重量％由粘结材料基质构成的一些实施方式中，除了粘结材料基质以外，还包含其他成分，但必须不超过全部粘结材料体系中的最多10重量％。在一些具体实施方式中，粘结材料体系中除了粘结材料基质以外包含的其他成分的比例总和最多为5重量％，最多为2重量％或甚至仅最多为1重量％。
作为粘结材料体系的其他成分，具体有用于改善耐水性的添加剂组分D以及/或者用于改善流动性质或用于改善润湿性质的赋形剂组分E以及/或者染料组分F以及/或者颜料组分G以及/或者用于改善所考虑的成品复合物的拒水性质的功能性组分H。
在本发明的一种实施方式中，除了粘结材料基质以外，还包含比例最多为10重量％的用于改善耐水性的添加剂组分D。在本发明的一些具体实施方式中，添加剂组分D的比例仅最多为5重量，最多为2重量％或甚至仅最多为1重量％。例如，在一种实施方式中，作为用于改善耐水性的添加剂组分D，可包含的物质选自氧化锌(ZnO)、氟硅酸钠(Na2SiF6)及其混合物。
为了改善流动性质，为了防止聚团和结块，以及为了改善润湿行为，可方便地向粘结材料体系中加入常见的分离剂和/或助熔剂和/或润湿剂。
在本发明的一种实施方式中，除了粘结材料基质以外，还包含比例为最多2重量％的赋形剂组分E，该组分E为分离剂、助熔剂和/或润湿剂的形式。在本发明的一些具体实施方式中，赋形剂组分E的比例仅最多为1重量％。
为了改善粘结剂分布的可视性，优选向粘结材料体系中加入染料组分F。在本发明的一种实施方式中，除了粘结材料基质以外，还包含比例最多为1重量％的染料组分F。
为了改善粘结剂对于太阳辐射作用的耐受性以及/或者为了实现红外吸收、反射和/或着色性质，优选向粘结材料体系中加入颜料组分G，该组分G适合吸收或反射特定波长范围内的紫外辐射、红外辐射或可见光。在本发明的一种实施方式中，除了粘结材料基质以外，还包含比例最多为10重量％的颜料组分G。在本发明的一些具体实施方式中，颜料组分G的比例仅最多为5重量％、最多为2重量％或甚至仅最多为1重量％。在一些具体实施方式中，包含的颜料组分G的比例在0.1-3重量％范围内。
为了改善复合体系的拒水性质，优选向粘结材料体系中加入0.1-4重量％的粉末状疏水剂形式的功能性组分H。
要提供粉末形式的粘结材料体系，上述其他组分D、E、F和G优选以粉末形式存在于体系中。组分D、E、F和G作为独立组分或者作为与硬化剂组分A、粘结剂组分B和/或加速剂组分C的部分或完全预制混合物的成分而存在，但不会归入粘结材料基质中的硬化剂组分A、粘结剂组分B或加速剂组分C的比例或者粘结材料基质总体。
在一些具体实施方式中，对粘结材料体系中包含的所有组分的粒度进行选择，使得粘结剂中包含的所有颗粒的最大粒度为200微米。在一些实施方式中，对各组分的粒度进行选择，使得粘结剂中包含的所有颗粒的最大粒度为10微米。
使本发明的粘结材料体系完全固结并固化所必需的温度在0-80℃范围内，具体取决于粘结剂和硬化剂组分之比、硅酸盐的模数、硬化剂组分的反应性、加入的水的比例、以及各方法步骤的工艺时间。简单地使温度升高超过100℃或通过微波辐射来干燥复合材料，会提高材料的强度和耐受性。
本发明的粘结材料体系主要用于粘结其中分布的固体。这些固体可以是填料或功能性物质。填料主要用于增加物质混合物的体积而不改变该物质混合物的基本性质，例如砂、珍珠岩或木屑。功能性物质主要用于为物质混合物赋予具体性质，例如玻璃、碳或陶瓷纤维。
可通过方法和工艺来使用本发明的粘结材料体系。
一方面，可将本发明的粘结材料体系的各组分以粉末形式均匀混合在一起，任选与待粘结的填料或功能性物质一起。随后通过加入水并将水混入其中从而开始固结反应。另一方面，在准备粘结填料或功能性物质的情况中，可首先向待粘结的填料或功能性物质中加入必需量的水并与之混合，从而随后在第二方法步骤中加入粉末状粘结剂，由此开始固结反应。
在略微溶胀性或吸收性填料或者功能性物质的情况中，优选应采用第一方法，以保持所需的水量，然后再次尽可能少地除去。另一方面，第二方法尤其适合用于不溶胀或不吸收的材料，由此可先用均匀的湿膜涂覆其表面。
可调节本发明的粘结材料体系的反应性，使得在加水或与已经加入的水接触之后，仅在几分钟之后就能实现复合物的机械强度，使得进行机械操控成为可能，例如从模具移出、运输、层叠或转换。但是，还可以调节本发明的粘结材料体系的反应性，从而得到至少60分钟的开放工艺时间，或者在不升高温度的情况下粘结剂不会发生消散。
还可以对粘结剂的水性分散体进行雾化，尤其是与微米化硬化剂组分的混合物，具体用于改善表面强度的耐受性。
在用于生产粘结剂或复合材料的本发明方法中，向具有上述组成的本发明粘结材料体系中加入水，其中水与粘结材料体系的重量比在0.5-2.5范围内或在0.5-1.5范围内。由此开始粘结剂和硬化剂之间的反应，并且由此形成的粘结剂逐渐固化。
在本发明的方法的一种实施方式中，在0-80℃范围内的温度下进行粘结反应。在一些实施方式中，在20-35℃范围内的温度下进行粘结反应。
在本发明的方法的一种实施方式中，可通过微波辐射作用来支持粘结反应。
取决于如何设定本发明的粘结材料体系的反应性，在一些实施方式中，本发明的粘结剂的固化已经提前，在30分钟之后，粘结剂就能获得几乎根本不会变形的高强度。在一些具体实施方式中，本发明的粘结剂的硬化已经提前，甚至在15分钟之后，粘结剂就能获得几乎根据不会变形的高强度。
附图说明
关于这些内容的更详细情况还可参考以下实施例和附图，其中
图1显示比较水处理试验之前和之后的压缩强度随组成变化的图，其中灰色阴影区域中的组成不是本发明的，和
图2显示比较水处理试验之前和之后的表面强度随组成变化的图，其中灰色阴影区域中的组成同样不是本发明的。
实施例
1.珍珠岩的粘结
以下实施例显示粘结体(bond)的压缩强度、表面强度(硬度)和耐水性随粘结剂组分B和硬化剂组分A的比例变化的情况。
为此，从18.5克开孔珍珠岩(体相密度120千克/立方米)生产圆柱形样品(高度50毫米，直径50毫米)，在各情况中都包含4.0克粘结剂和10.0克水。填充因子为1.5，测试件干燥之后的密度为237±2千克/立方米。使用来自PQ公司的粉末状硅酸钠(Na2O·2SiO2)Britesi l C20作为粘结剂组分B。硬化剂组分A由来自化学公司的20型硼酸锌(2ZnO·3B2O3·5H2O)的组成，并与来自Budenheim公司的Z33-81型磷酸锌Zn3(PO4)2的加速剂组分C混合。精确的粘结剂组成如表1中列出：
表1：粘结剂组成(用*标记的组成不是本发明的)
通过不同的粘结剂组成实现的压缩强度和表面硬度如表2和图1与2中列出：
表2：测试件在水处理之前和之后的压缩强度和硬度
(根据中国测试程序在70℃水中储存2小时)(用*标记的组成不是本发明的)
仅处于本发明的粘结剂组合物的范围内的组成符合中国技术规范JG/T435-2014的“用于防火隔热的无机轻质量集料板的通用规范(Generalspecification of inorganic lightweight aggregate board for fireproofand insulation)”的要求，在用70℃的水处理2小时之后，压缩强度的损失最多为起始值的40％。
2.石英砂的粘结
参考由参比填料石英砂制成的测试件，以下实施例表明如何用本发明的粘结材料体系实现所需的性质，例如快速的固结时间，以及高耐水性和耐候化性，同时实现足够的强度。
使用来自Quarzwerke公司的石英砂H33作为参比填料。通过在200克石英砂H33中加入38克粘结剂和25-35克水(根据需要)，掺混得到一种材料。通过在超声测试设备(来自Ultratest GmbH公司的超声测试仪IP-8)中进行超声分析来监视由此获得的材料的固结行为。通过向该材料贯穿发送的超声脉冲并测量时间依赖性转接时间，就能计算超声速度。由此，在确定了密度ρ之后，就能计算弹性模数E，该弹性模数是对变形抗力的衡量，由此也是对硬化的衡量。弹性模数随时间的增量越大，则材料固化的速度越快。
本发明的粘结材料体系B-I的测试件能在使用参比体系的约30分钟之后实现大于等于200兆帕的弹性模数。这个值被视为较低的参比值，因为在大于这个值时几乎根本不可能在没有帮助的情况下进行变形，因此实现了足够的生坯强度。在约10小时之后，所有测试件都在未干燥状态下实现了大于等于600兆帕的最终弹性模数值。这个值被视为足以产生变形抗力。
测量完成之后，从测试设备中取出测试件并在110℃干燥12小时。然后将复合体储存在120℃和2巴的水中5小时。为了评价耐候化性和耐水性、质量损失、表面耐磨损性，对边缘的破裂强度和测试件的压缩强度进行评价。质量损失计算为起始值的百分比。利用压力测试仪测量压缩强度。根据以下标准使用1-5的打分方案手动评价表面和边缘的强度值。
表3：用于测试件的表面和边缘强度的评价方案
打分 表面耐磨损性 边缘破裂强度
1 不可能磨损 在强压力下边缘没有破裂
2 单独砂粒磨损 在中等压力下边缘没有破裂
3 中度磨损，表面变粗糙 在轻压力下边缘没有破裂
4 高度磨损，大量材料被去除 在轻压力下边缘破裂
5 复合体碎裂 边缘已经高度圆化
用本发明的粘结剂粘结的测试件在120℃和2巴条件下储存5小时之后的质量损失小于等于5.0％。用本发明的粘结剂粘结的测试件在表面和边缘强度评价中还具有至少为3的评价值。用本发明的粘结剂粘结的测试件还具有大于等于3兆帕的压缩强度。
表5：参比材料的性能参数(用*标记的组成不是本发明的)

Claims (13)

1.具有金属硼酸盐作为硬化剂组分和碱金属硅酸盐作为粘结剂组分的粘结材料体系，其特征在于，其至少90重量％由具有以下组成的粘结材料基质构成：
18-40重量％硬化剂组分A，由至少一种通式为wMIIO·xMIII 2O3·yB2O3·zH2O的硼酸盐构成，其中
MII＝Mg、Ca、Sr、Zn或Cu且0.5≤w≤4，
MIII＝Al、Fe或Cr且0≤x≤0.5，
1.5≤y≤3.5，
0.33≤Σw/y≤1.34，
0≤Σx/y≤0.25且
0≤z≤7.0
55-78重量％粘结剂组分B，由至少一种通式为R2O·xSiO2的碱金属硅酸盐构成，其中
R＝Na或K且
2.0≤x≤3.35以及
1-10重量％加速剂组分C，由正-、二-或三-磷酸的金属盐构成，选自第3、第4和第5周期的非碱金属的完全脱质子化的正-和二-磷酸盐以及三磷酸二氢铝盐或其混合物。
2.如权利要求1所述的粘结材料体系，其特征在于，所述硬化剂组分A和加速剂组分C以混合物存在。
3.如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系，其特征在于，所述加速剂组分C包含正磷酸盐，其选自正磷酸锌、正磷酸锆或正磷酸钴或其混合物。
4.如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系，其特征在于，所述加速剂组分C包含二磷酸盐，其选自二磷酸铁(III)、二磷酸锌或其混合物。
5.如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系，其特征在于，所述正-、二-或三磷酸盐作为无水合物或作为水合物存在于加速剂组分中。
6.如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系，其特征在于，除了所述粘结材料基质以外，还包含一定比例的用于改善耐水性的添加剂组分D以及/或者一定比例的用于改善流动性质或用于改善润湿性质的赋形剂组分E以及/或者一定比例的染料组分F以及/或者一定比例的颜料组分G。
7.如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系，其特征在于，所述粘结剂中包含的组分之一中的颗粒或所有颗粒的最大粒度为200微米。
8.如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系，其特征在于，所述粘结剂中包含的组分之一中的颗粒或所有颗粒的最大粒度为10微米。
9.如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系，其特征在于，所述粘结剂中包含的组分之一中的颗粒或所有颗粒具有能溶解于碱性环境中的耐水涂层。
10.生产粘结剂或复合材料的方法，其特征在于，向如前述权利要求中任一项所述的粘结材料体系中加入水，其中水与粘结材料体系的重量比在0.5-1.5范围内。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述粘结材料体系与填料或功能性物质混合。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在0-80℃范围内的温度下进行粘结反应。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过微波辐射支持粘结反应。
CN201510086514.8A 2014-02-19 2015-02-17 用于复合材料的无机粘结材料体系 Expired - Fee Related CN104926262B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014102090.1 2014-02-19
DE102014102090 2014-02-19
PCT/EP2015/051009 WO2015124349A1 (de) 2014-02-19 2015-01-20 Anorganisches bindemittelsystem für verbundwerkstoffe
EPPCT/EP2015/051009 2015-01-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104926262A true CN104926262A (zh) 2015-09-23
CN104926262B CN104926262B (zh) 2018-02-13

Family

ID=52440649

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580008460.1A Pending CN106132900A (zh) 2014-02-19 2015-01-20 用于复合材料的无机粘结材料体系
CN201510086514.8A Expired - Fee Related CN104926262B (zh) 2014-02-19 2015-02-17 用于复合材料的无机粘结材料体系

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580008460.1A Pending CN106132900A (zh) 2014-02-19 2015-01-20 用于复合材料的无机粘结材料体系

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3107878B1 (zh)
CN (2) CN106132900A (zh)
WO (1) WO2015124349A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015112899B4 (de) 2015-08-05 2018-05-30 Chemische Fabrik Budenheim Kg Borarmes bis borfreies anorganisches Bindemittelsystem und Verfahren zur Herstellung eines abgebundenen Bindemittels oder eines Verbundwerkstoffs
CN109737159B (zh) * 2019-01-11 2020-07-28 大连理工（营口）新材料工程中心有限公司 一种复合盐粘结剂复合摩擦材料及其制备方法
CN113185881B (zh) * 2021-05-10 2022-02-01 北京固斯特国际化工有限公司 一种针对混凝土烟囱的渗透反应型防腐材料及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5236522B2 (zh) * 1973-05-29 1977-09-16
JPH02124756A (ja) * 1988-07-27 1990-05-14 Suzuki Sangyo Kk セメンティング組成物
CN102276277A (zh) * 2011-07-25 2011-12-14 合肥科德电力表面技术有限公司 一种锅炉烟道高温耐磨陶瓷胶泥
CN102617102A (zh) * 2011-12-28 2012-08-01 上海墙特节能材料有限公司 无机干粉建筑涂料及其生产方法
CN102807336A (zh) * 2012-08-27 2012-12-05 重庆长江造型材料（集团）有限公司 铸造用硅酸盐无机粘结剂及制备方法
CN102898053A (zh) * 2012-10-17 2013-01-30 山东轻工业学院 改性胶粘剂及一种硅酸铝纤维纸板的制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2964415A (en) * 1958-03-12 1960-12-13 Monsanto Chemicals Aqueous film forming compositions
DE2443717C3 (de) 1973-09-14 1980-10-16 Sumitomo Chemical Co., Ltd., Osaka (Japan) Beschichtungs- oder Überzugsmasse
JPS50136327A (zh) * 1974-04-17 1975-10-29
DE2714889A1 (de) * 1977-04-02 1978-10-12 Henkel Kgaa Bindemittel auf basis von alkalisilikatloesungen
DE3043856C2 (de) 1980-11-21 1984-07-12 Zschimmer & Schwarz Gmbh & Co Chemische Fabriken, 5420 Lahnstein Bindemittelzubereitung
DD220950A1 (de) 1983-10-21 1985-04-10 Greiz Doelau Chemie Verfahren zur herstellung von metallboraten
DE19608323A1 (de) * 1996-02-21 1997-08-28 Witega Angewandte Werkstoff Forschung Gemeinnuetzige Gmbh Adlershof Verfahren zur Herstellung von rein anorganischen Konstruktionsdämmstoffen
JP4669098B2 (ja) 2000-01-11 2011-04-13 水澤化学工業株式会社 ホウ酸亜鉛、その製法及び用途
CN102992786A (zh) * 2012-11-22 2013-03-27 济南圣泉集团股份有限公司 铸造用硅酸盐粘结剂的制备方法及使用方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5236522B2 (zh) * 1973-05-29 1977-09-16
JPH02124756A (ja) * 1988-07-27 1990-05-14 Suzuki Sangyo Kk セメンティング組成物
CN102276277A (zh) * 2011-07-25 2011-12-14 合肥科德电力表面技术有限公司 一种锅炉烟道高温耐磨陶瓷胶泥
CN102617102A (zh) * 2011-12-28 2012-08-01 上海墙特节能材料有限公司 无机干粉建筑涂料及其生产方法
CN102807336A (zh) * 2012-08-27 2012-12-05 重庆长江造型材料（集团）有限公司 铸造用硅酸盐无机粘结剂及制备方法
CN102898053A (zh) * 2012-10-17 2013-01-30 山东轻工业学院 改性胶粘剂及一种硅酸铝纤维纸板的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3107878A1 (de) 2016-12-28
WO2015124349A1 (de) 2015-08-27
CN104926262B (zh) 2018-02-13
EP3107878B1 (de) 2018-08-08
CN106132900A (zh) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4030939A (en) Cement composition
KR102129487B1 (ko) 금속 주조용 주조 주형 및 주조 심형의 제조를 위한 무기 결합제 계열의 리튬-함유 주형 재료 혼합물
CA1058354A (en) Water glass composition
JP6165242B2 (ja) 硫酸バリウムを含む鋳型材料混合物
CN102648167B (zh) 用于制造耐化学性建筑化学产品的无机粘合剂体系
US4415364A (en) One-package inorganic binder composition
PT861216E (pt) Composicoes de resinas inorganicas, sua preparacao e sua utilizacao
JPS58120556A (ja) 軽量体用組成物
CN104395263A (zh) 形成快速硬化的无机泡沫的方法
US4328033A (en) Curable silicate composition containing metal condensed phosphate hardener coated with reaction product from a metal aluminate and/or a metal borate
CN104926262A (zh) 用于复合材料的无机粘结材料体系
US4375496A (en) Metal condensed phosphate hardener coated with reaction product from a metal aluminate and/or a metal borate
WO2015124768A1 (de) Massen oder formkörper aus anorganischen polymeren und deren herstellung
KR102136575B1 (ko) 식물성 왁스를 포함하는 주조용 무기 바인더와 그 제조방법
US11565973B2 (en) Sprayable silicate-based coatings and methods for making and applying same
KR101155639B1 (ko) 친환경 무기 접착제 조성물 및 그 제조방법
JP2016215221A (ja) 鋳型材料組成物
JP2022539004A (ja) 無機結合剤並びにリン酸塩の化合物及び酸化ホウ素化合物を含有する鋳型材料の混合物から得られる表面処理された鋳型、並びにその製造方法及び使用
MXPA02004938A (es) Metodo para fabricacion de ladrillos refractarios unidos con fosfato.
CN105623351B (zh) 一种无机晶胶粉、制备方法及其应用
Brykov et al. Production and usage of powdered alkali metal silicate hydrates.
JPH04280850A (ja) セメンティング組成物およびその用途
JP2001226156A (ja) 無機質粉体とその製造方法，無機質硬化性組成物，無機質硬化体とその製造方法及び石膏系硬化体並びにセメント系硬化体
JPH01239049A (ja) 結合剤
CN108395125A (zh) 隔墙板、低碱度白色硫铝酸盐水泥及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180213

Termination date: 20210217